สำรวจ 5 วงจรเครื่องขยายเสียง 40 วัตต์ที่ดีที่สุด

ในโพสต์นี้เราจะพูดถึง 5 วงจรแอมพลิฟายเออร์ Hi-Fi 40 วัตต์ที่มีความโดดเด่นและสร้างง่ายและมีความผิดเพี้ยนต่ำซึ่งสามารถอัพเกรดเพิ่มเติมให้มีกำลังวัตต์สูงขึ้นผ่านการปรับแต่งเล็กน้อย

บทความนี้ส่งถึงฉันทางอีเมลโดยผู้ติดตามโดยเฉพาะ

แม้ว่าคุณจะพบโมดูลเอาต์พุตไฮบริดหลายตัว แต่แทบจะไม่สามารถผสมผสานความเรียบง่ายเข้ากับความสามารถในการจ่ายได้พร้อมกับประสิทธิภาพโดยรวมที่ยอดเยี่ยม

หนึ่งในนั้นคือชิป TDA2030 ของ SGS ที่ใช้ในเครื่องขยายเสียงในปัจจุบัน รูปแบบของแอมพลิฟายเออร์นั้นไม่ซับซ้อน: พาวเวอร์โอแอมป์ที่มาพร้อมกับทรานซิสเตอร์เอาท์พุตแบบผูกสะพานสองตัว สัญญาณเสียงมอบให้กับอินพุตที่ไม่กลับด้านของ power opamp lC1 ผ่านซ็อกเก็ต K1 และตัวเก็บประจุ C1

กระแสที่จ่ายไปยัง IC จะสั่นตามสัญญาณอินพุต

ด้วยเหตุนี้จึงแสดงแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอย่างเท่าเทียมกันรอบตัวต้านทาน R6, R7 R8 และ R9 เนื่องจากสิ่งเหล่านี้อยู่ในสายต้นทางไปยัง opamp ตราบใดที่กระแสไฟฟ้าต่ำกว่า 1 A แรงดันตกที่ตัวต้านทานจะไม่เพียงพอที่จะเปิดทรานซิสเตอร์ T1 และ T2 ซึ่งหมายความว่าเอาต์พุตสูงสุด 2 W ไปยังลำโพง 4 โอห์มนั้นมาจาก opamp ทั้งหมด

ทันทีที่กระแสเอาต์พุตสูงกว่าระดับ 1 A ทรานซิสเตอร์จะเปิดและเสริมกำลังขับของแอมพลิฟายเออร์

หากสัญญาณอินพุตต่ำส่งผลให้กระแสไฟฟ้านิ่งไม่เพียงพอผ่านทรานซิสเตอร์อย่างไรก็ตามเนื่องจากสิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านเครือข่ายครอสโอเวอร์ของ opamp ปัญหาจะถูกหลีกเลี่ยงในที่สุด

IC ยังให้การชดเชยความร้อนเพิ่มเติมดังนั้นจึงรับประกันความเสถียรของจุดปฏิบัติการ

แรงดันไฟฟ้าอาจอยู่ในช่วงระหว่าง 12 V และสูงสุด 44 V การสร้างเครื่องขยายเสียงบน PCB ต้องทำได้ง่าย

ควรติดตั้งทรานซิสเตอร์พร้อมกับ IC และหุ้มฉนวนกับแผ่นระบายความร้อนประมาณ 2 k W-1 ใช้คอมโพสิตนำความร้อนจำนวนมาก สายจ่ายจะต้องได้รับการปกป้องโดยฟิวส์ 3.15 A สายควรได้รับการป้องกันด้วยฟิวส์ 3.15 A

แผนภูมิวงจรรวม

การออกแบบ PCB

ส่วนรายการ

ตัวต้านทานทั้งหมด 1/4 วัตต์ 5% เว้นแต่จะระบุไว้

• R1 ถึง R4 = 100K
• R5 = 8k2
• R6 ถึง R9 = 1. 4 โอห์ม 1%
• R10 = 1 โอห์ม

คาปาซิเตอร์

• C1 = 470 nF
• C2 = 10uF รัศมี 63V
• C3 = 4.7uF, 63V เรเดียล
• C4, C5, C7 = 220 nF MKT หรือเซรามิก
• C6 = 2200uF, 50V รัศมี

เซมิคอนดักเตอร์

• D1, D2 = 1N4007
• T1 = BD712
• T2 = BD711
• IC1 = TDA2030

เบ็ดเตล็ด

• K1 = ซ็อกเก็ตเสียงหรือแจ็ค
• ฮีทซิงค์ = 2K W ^ -1
• เครื่องซักผ้าฉนวน ฯลฯ สำหรับ IC1, T1, T2

ข้อกำหนดทางเทคนิค

แรงดันไฟฟ้า: สูงสุด 44V

กำลังขับ = 22 วัตต์ในลำโพง 8 โอห์มและ 40 วัตต์ในลำโพง 4 โอห์มที่มี THD = 0.1%

แผนภูมิความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิก

• 1 kHz ใน 8 โอห์มที่ 11 วัตต์ = 0.012%
• 1 kHz ใน 4 โอห์มที่ 20 วัตต์ = 0.032%
• 20 kHz ใน 8 โอห์มที่ 11 วัตต์ = 0.074%
• 1 kHz ใน 8 โอห์มที่ 1 วัตต์ = 0.038%
• 1 kHz ใน 4 โอห์มที่ 1 วัตต์ = 0.044%
• ปัจจุบัน = 38mA โดยประมาณ Quiscent
• ประสิทธิภาพ = 8 โอห์ม 62.5%
• โหลดสูงสุด = 4 โอห์ม 64%

2) เครื่องขยายเสียง 40 วัตต์โดยใช้ IC LM391

การออกแบบที่สองนี้เป็นแอมพลิฟายเออร์ขนาดกลางที่ทรงพลังและไม่หรูหราซึ่งอาจจับคู่โดยเฉพาะเพื่อใช้ในแอมพลิฟายเออร์แบบพกพาประเภท 'คอมโบ' ซึ่งเป็นที่นิยมในหมู่นักกีตาร์และศิลปินเพลงแจ๊ส

แอมพลิฟายเออร์เป็นการผสมผสานที่มีประสิทธิภาพของไอซีไดรเวอร์เสียงในตัว LM391-80 และสเตจเอาท์พุทแบบพุชพูลที่สร้างด้วยทรานซิสเตอร์สองขั้ว

มีการตรวจสอบลักษณะเฉพาะบางประการของการออกแบบด้านล่าง

NTC ซึ่งสัมผัสทางกายภาพกับทรานซิสเตอร์เอาท์พุตกำลังช่วยให้ LM391 ปิดขั้นตอนการจ่ายไฟเมื่อเกิดความร้อนสูงเกินไป จุดเริ่มต้นของความปลอดภัยจากความร้อนนี้ตั้งอยู่ที่กระแสไฟฟ้า NTC ประมาณ 200 pA

ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ที่ต่อสายดิน NTC จะทำหน้าที่แสดงคำว่า 'soft start' นั่นคือเพื่อหลีกเลี่ยงการคลิกที่มีเสียงดังหรือเสียงรบกวนจากลำโพงเมื่อเปิดเครื่องขยายเสียง

อาจดูเหมือนว่าการป้องกันนั้นมีความละเอียดอ่อนเกินไปดังนั้นจึงอาจต้องมีการลองผิดลองถูกเพื่อหาค่า R4 หรือของ NTC ง่ายต่อการใช้ข้อเสนอแนะในเครื่องขยายเสียงโดยเชื่อมต่อ R23 กับเครือข่ายไลน์ C5-R7

ส่วนประกอบอื่น ๆ พร้อมกับ R10 จะตัดสินการตอบสนองความถี่ของเครื่องขยายเสียงซึ่งอาจต้องมีการปรับแต่งเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะ หมายเลขส่วนประกอบที่นำเสนอในบทความนี้อาจจะไม่เป็นไรสำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่

ผลของการทดลองกับค่าที่แตกต่างกันของ C5 และ R7 นั้นง่ายต่อการตรวจสอบ (หรือได้ยิน) โดยการย่อ R23 สั้น ๆ สำหรับลำโพง 4 โอห์ม R23 จะต้องลดลงเหลือ 0.18 โอห์ม น่าเศร้าที่ LM391-80 มีความเสี่ยงต่อการสั่นซึ่งต้องอยู่ภายใต้การควบคุมผ่านส่วนประกอบ RX, C6, C8 และ C9 (ในหลาย ๆ กรณีสามารถถอด C6 ออกได้)

Resistor RX ลดอัตราขยายวงเปิดโดยเฉพาะ หากใช้ RX จะต้องติด Ry เพื่อชดเชยแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ได้ตั้งไว้ที่เกิดขึ้น ส่วนประกอบ R22 และ C12 เป็นเครือข่าย Boucherot ซึ่งทำหน้าที่รักษาเสถียรภาพของแอมพลิฟายเออร์ที่ความถี่สูง อินพุตของแอมพลิฟายเออร์ต้องทำงานโดยแหล่งที่มาที่มีความต้านทานต่ำซึ่งสามารถส่งสัญญาณเสียงระดับ 'สาย' (0 dB)

เครือข่าย R1-C1 ลดแอมพลิจูดที่สูงกว่า 50 kHz หรือมากกว่านั้น กระแสไฟฟ้าที่หยุดนิ่งของแอมพลิฟายเออร์ถูกกำหนดโดย P1 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า ปรับการควบคุมนี้เป็น 0 โอห์มในตอนเริ่มต้นและปรับแต่งให้เหมาะสมจนกว่ากระแสไฟฟ้าจะหยุดนิ่งที่ 50 mA

คุณสามารถเพิ่มเป็น 400 mA หากคุณกำลังมองหาความผิดเพี้ยนต่ำ เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ทั้งหมดอยู่ในตำแหน่งเดียวกันของ PCB เพื่อให้สามารถยึดเข้ากับฮีทซิงค์ทั่วไปพร้อมกับ NTC ได้

ฮีตซิงก์จะต้องมีขนาดค่อนข้างใหญ่และทนความร้อนได้ 1 K Wsl หรือน้อยกว่า สังเกตว่า L1 ทำจากเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.8 มม. 20 รอบ ลวดทองแดงเคลือบพันรอบ R21 C9 เป็นตัวเก็บประจุเซรามิก

แผนภูมิวงจรรวม

ข้อมูลทางเทคนิค

ตอนนี้เรามาดูข้อมูลทดสอบบางส่วน:

ด้วยแรงดันไฟฟ้า: 35 V R23 ลัดวงจร:

แบนด์วิดท์ 3 dB (8 Q): ประมาณ 11 Hz ถึง 20 kHz

THD (การบิดเบือนฮาร์มอนิกชั่วคราว) ที่ 1 kHz:. 1 W เป็น 8 Ohm: 0.006% (Iq = 400mA) 1 W เป็น 8 Ohm: 0.02% (Iq = 50 mA) 65 W เป็น 8 Ohm: 0.02% (Um = 873 mV) 80 W เป็น 4 Ohm: 0.2% ( Um = 700 mV ระดับเริ่มต้นของขีด จำกัด ปัจจุบัน)

เค้าโครง PCB และส่วนประกอบ

ส่วนรายการ

3) เพาเวอร์แอมป์ 40 วัตต์โดยใช้ IC LM2876 จาก Texas Instruments

การออกแบบที่สามเป็นอีกหนึ่งวงจรขยายเสียง Hi-Fi 40 วัตต์ที่ใช้ชิปตัวเดียว LM2876 เพื่อส่งมอบพลังเสียงดนตรีตามจำนวนที่กำหนดผ่านลำโพง 8 โอห์ม

IC LM2876 เป็นชิปขยายเสียงคุณภาพสูงซึ่งออกแบบมาเพื่อรองรับกำลังขับเฉลี่ย 40 วัตต์อย่างต่อเนื่องเหนือลำโพง 8 โอห์มที่มี THD 0.1% และช่วงความถี่ 20 Hz ถึง 20 kHz

ประสิทธิภาพของ IC นี้ดีกว่าไอซีไฮบริดอื่น ๆ มากเนื่องจากมีคุณสมบัติในตัวที่เรียกว่าวงจรควบคุมอุณหภูมิในตัวเองสูงสุดหรือ SPiKe.

'SPiKe' มีการป้องกันชิปอย่างสมบูรณ์จากเอาต์พุตเกินแรงดันไฟฟ้าต่ำแรงดันเกินและการลัดวงจรโดยไม่ได้ตั้งใจ

IC LM2876 มีอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่ยอดเยี่ยมที่สูงกว่า 95 dB ซึ่งรับประกันความชัดเจนและการสร้างเสียงระดับ Hi-Fi ที่ยอดเยี่ยม

Pinout Diagram ของ LM2876

แผนภูมิวงจรรวม

แผนภาพวงจรที่สมบูรณ์ของแอมพลิฟายเออร์ 40 วัตต์ที่ใช้ LM2876 นี้แสดงไว้ด้านล่าง:

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้โปรดไปที่ แผ่นข้อมูลของ IC

4) วงจรขยายเสียงสเตอริโอ 40 วัตต์โดยใช้ IC TDA7292

จนถึงตอนนี้เราได้พูดถึงแอมพลิฟายเออร์ที่มีเอาต์พุตโมโน 40 วัตต์อย่างไรก็ตามวงจรที่สี่ในรายการนี้ออกแบบมาเพื่อให้เอาต์พุตสเตอริโอ 40 + 40 วัตต์ผ่าน IC ชิปตัวเดียว TDA7292 ดังนั้นหากคุณกำลังมองหาเครื่องขยายเสียงขนาด 40 วัตต์แบบสเตอริโอการออกแบบนี้จะตอบสนองความต้องการของคุณได้อย่างง่ายดาย

เครื่องขยายเสียงสเตอริโอชิปเดี่ยวที่โดดเด่นนี้ผลิตโดย ST ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ .

วงจรไม่ต้องใช้ส่วนประกอบใด ๆ และสามารถกำหนดค่าได้อย่างรวดเร็วโดยใช้ PCB ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีซึ่งได้รับการตกแต่งในแผ่นข้อมูลด้วยตนเอง

คุณสมบัติหลัก

• ช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง (ตั้งแต่ +/- 12 V ± 33 V)
• ทำงานร่วมกับแหล่งจ่ายไฟคู่เพื่อให้ได้กำลังขับที่ดีที่สุด
• ออกแบบมาเพื่อให้กำลังขับเต็มที่ 40 W + 40 W เป็น 8 Ωโดยมีแรงดันไฟฟ้า = ± 26 V และ Total Harmonic Distortion ไม่เกิน = 10%
• กำจัดเสียง 'ป๊อป' ภายในเมื่อเปิด / ปิดเครื่อง
• มีตัวเลือกปิดเสียงซึ่งเป็น ('ป๊อป' - ฟรี)
• เมื่อพินปิดเสียงต่อสายดิน IC จะเข้าสู่การใช้พลังงานต่ำสแตนด์บายมากขึ้น
• ภายใน IC มีการป้องกันการลัดวงจรซึ่งหมายความว่า IC จะไม่ไหม้หรือได้รับความเสียหายเมื่อเอาต์พุตเกิดการลัดวงจรโดยไม่ได้ตั้งใจหรือโหลดเกิน
• นอกจากนี้ IC ยังมีระบบป้องกันความร้อนเกินในตัวดังนั้นความร้อนสูงเกินไปจะไม่ทำให้ IC เสียหาย

แผนภาพวงจรที่สมบูรณ์

คะแนนสูงสุดแน่นอน

ต่อไปนี้เป็นค่าสัมบูรณ์สูงสุดของ IC TDA7292 ซึ่งไม่ควรเกินเพื่อป้องกัน IC ไม่ให้เสียหายอย่างถาวร:

• แรงดันไฟฟ้า DC ± 35 V
• (ผม_หรือ) กระแสไฟขาออกสูงสุด (จำกัด ภายใน) 5 A
• (ป_{จนถึง}) การกระจายกำลังไฟฟ้า Tcase = 70 ° C 40 W.
• (ต_บน) อุณหภูมิในการทำงาน -20 ถึง 85 ° C
• (ต_ญ) อุณหภูมิแยก -40 ถึง 150 ° C
• (ต_stg) อุณหภูมิในการจัดเก็บ -40 ถึง 150 ° C

ข้อมูลอ้างอิง: สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมและการออกแบบ PCB ทั้งหมดคุณสามารถอ้างถึงไฟล์ แผ่นข้อมูลเดิมของ IC

5) เครื่องขยายเสียง 40 วัตต์พร้อมทรานซิสเตอร์เท่านั้น

การออกแบบทั้งหมดที่อธิบายข้างต้นขึ้นอยู่กับวงจรรวมและเราทุกคนรู้ดีว่า IC เหล่านี้ล้าสมัยได้ง่ายเพียงใดเมื่อใดก็ได้ บางทีวิธีที่ดีที่สุดในการออกแบบแอมพลิฟายเออร์ที่เขียวชอุ่มตลอดปีคือการมีในรูปแบบของทรานซิสเตอร์แบบไม่ต่อเนื่องดังที่แสดงในการออกแบบขั้นสุดท้ายที่ห้านี้:

นี่คือเวอร์ชันย่อของแอมพลิฟายเออร์ 100 วัตต์ยอดนิยมจากเว็บไซต์นี้ ทำให้ง่ายขึ้นโดยการถอด mosfets สองสามตัวและลดอินพุตแหล่งจ่ายลงเหลือ 24V

ชิ้นส่วนที่ระบุในวงจรแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ 40 วัตต์ข้างต้นดูแปลกใหม่เล็กน้อยและอาจไม่มีวางจำหน่ายในตลาด อย่างไรก็ตามความสวยงามของรุ่นทรานซิสเตอร์ดังกล่าวคือส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่สามารถทดแทนได้อย่างง่ายดายด้วยค่าที่เทียบเท่ากัน สำหรับการออกแบบนี้เราสามารถค้นหาสิ่งที่เทียบเท่าที่เหมาะสมและแทนที่ได้ที่นี่เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ไร้ที่ติเหมือนกัน

แอมพลิฟายเออร์ได้รับการออกแบบอย่างยอดเยี่ยมโดยวิศวกรของฮิตาชิเพื่อให้ได้ความชัดเจนที่โดดเด่นโดยมีความผิดเพี้ยนน้อยที่สุด ฉันได้ทดสอบแล้วและค่อนข้างตื่นเต้นกับช่วงพลังงานที่ปรับได้ขนาดใหญ่และคุณภาพเอาต์พุตที่ยอดเยี่ยม

สำหรับรายการชิ้นส่วนทั้งหมดโปรดไปที่ บทความนี้.